VFD چگونه کار می کند + 3 دلیل استفاده از VFD

فرکانس (Hz) به طور مستقیم با سرعت موتور (RPM) مرتبط است. به عبارت دیگر، فرکانس بیشتر باعث می شود موتور سریعتر بچرخد و RPM را افزایش دهد. اگر برنامه ای نیازی به کارکرد موتور با سرعت کامل خود نداشته باشد، می توان از VFD برای کاهش فرکانس و ولتاژ برای مطابقت دادن با بار مورد نیاز موتور الکتریکی استفاده کرد. اگر سرعت کاربر نیاز به تغییر داشته باشد، VFD می تواند به راحتی موتور را با افزایش درایو فرکانس متغیر که به اختصار VFD نامیده می شود، یک کنترل کننده موتور است که موتور الکتریکی را با تغییر فرکانس و ولتاژ اعمال شده به آن می چرخاند. نام های دیگر VFD عبارتند از: درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم، درایو AC، Microdrive و اینورتر. یا کاهش دور موتور مطابق با این نیاز تنظیم کند.
درایوهای فرکانس متغیر در کاربردهای مختلف از وسایل کوچک تا کمپرسورهای بزرگ استفاده می شوند. حدود 25 درصد از انرژی الکتریکی جهان توسط موتورهای الکتریکی در کاربردهای صنعتی مصرف می شود. سیستم هایی که از VFD استفاده می کنند می توانند از سیستم های دارای پمپ یا فن نیز استفاده کنند. با این حال، نفوذ بازار جهانی برای همه کاربردهای VFD نسبتاً کم است. طی چهار دهه گذشته، فناوری الکترونیک ، هزینه و اندازه VFD ها را کاهش داده و عملکرد آنها را با پیشرفت در دستگاه های سوئیچینگ نیمه هادی، توپولوژی درایو، تکنیک های شبیه سازی و کنترل سخت افزاری و نرم افزاری بهبود بخشیده است.
VFD ها در تعدادی توپولوژی AC-AC و DC-AC با ولتاژ پایین و متوسط تولید می شوند و به عنوان بخشی از موتورها و گروه های کنترل حرکت از اتوماسیون صنعتی طبقه بندی می شوند.

VFD چگونه کار می کند؟

وقتی فاز B مثبت تر از فاز A شد، دیود فاز B باز می شود و فاز a بسته می شود. این موضوع برای دیودهایی که در قسمت منفی باس قرار دارند صادق است. بنابراین، با خاموش و روشن کردن هر دیود، 6 پالس جریان داریم. این روش VFD شش پالس نامیده می شود که ترکیب استاندارد برای درایوهای فرکانس متغیر فعلی است.

می توانید با اضافه کردن یک خازن به باس DC از شر ریپل AC خلاص شوید. کندانسورها مانند یک مخزن در یک سیستم لوله کشی عمل می کند. این خازن موج AC را جذب می کند و ولتاژ صافی را ارائه می دهد. موج AC در باس DC معمولا کمتر از 3 ولت است. بنابراین، ولتاژ در باس DC تقریباً 650 VDC می شود. ولتاژ واقعی به عواملی مانند سطح ولتاژ خط AC تغذیه کننده درایو، سطح نامتعادل ولتاژ در سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت و هر راکتور یا فیلتر هارمونیک قرار گرفته بر روی درایو بستگی دارد. . دارد. مبدل پل دیودی که ولتاژ AC را به DC تبدیل می کند.

جریان در اینورتر توجه داشته باشید که در یک VFD واقعی، سوئیچ های نشان داده شده ترانزیستورهای در حال کار هستند. وقتی یکی از کلیدهای بالایی اینورتر را می بندیم. فازی از موتور که به آن متصل است به مثبت شین DC متصل می شود و ولتاژ مثبت روی آن فاز می افتد. و زمانی که یکی از کلیدهای پایین را در اینورتر می بندیم.

موج سینوسی آبی فقط برای مقایسه نشان داده شده است. درایو این موج سینوسی را در حالت واقعی ایجاد نمی کند. توجه داشته باشید که خروجی VFD یک شکل موج مستطیلی است. VFD ها خروجی سینوسی تولید نمی کنند. این شکل موج مربعی انتخاب خوبی برای سیستم توزیع قدرت نیست اما برای استفاده از موتور کاملاً مناسب است. اگر بخواهیم فرکانس موتور را به 30 هرتز کاهش دهیم، به سادگی خروجی اینورتر را بسیار کندتر تغییر می دهیم. اما اگر فرکانس را به 30 هرتز کاهش دهیم، برای ثابت نگه داشتن نسبت V/Hz، باید ولتاژ را به 240 ولت کاهش دهیم.
چگونه می خواهیم ولتاژ را کاهش دهیم در حالی که تنها ولتاژی که داریم ولتاژ شین 650VDC است؟ به این مدولاسیون عرض پالس می گویند. تصور کنید اگر بتوانیم فشار آب مسیر را با باز و بسته کردن شیر موجود خیلی سریع کنترل کنیم. در حالی که انجام این کار در سیستم های لوله کشی عملی نیست، اما با VFD ها به خوبی کار می کند. توجه داشته باشید که در نیم سیکل اول در نیمی از دفعات یک سیکل ولتاژی در خروجی داریم و در نیم سیکل دیگر ولتاژی نداریم. بنابراین متوسط ولتاژ خروجی 240 ولت معادل نیمی از ولتاژ شین تغذیه 480 ولت است. با کنترل پالس های خروجی می توانیم هر ولتاژ متوسطی را که می خواهیم روی خروجی VFD ایجاد کنیم.

انواع دیگری از VFD ها در بازار وجود دارد که بستگی به نحوه تبدیل برق AC به برق DC با VFD و یکسوسازی آن دارد. سه نوع اصلی VFD عبارتند از VSI و CSI و PWM.

VCI

VSI مخفف اینورتر منبع ولتاژ است. این رایج ترین نوع درایو با فرکانس متغیر (VFD) است. در این نوع VFD از یک پل دیودی ساده برای تبدیل سیگنال AC (جریان متناوب) به سیگنال DC (جریان مستقیم) و یک خازن برای ذخیره انرژی استفاده می شود. مدار سوئیچینگ اینورتر از انرژی ذخیره شده در خازن استفاده می کند و خروجی را تامین می کند.

CSI

CSI مخفف اینورتر منبع فعلی است. نوع CSI VFD به گونه ای طراحی شده است که بسته به محدوده فرکانس متغیر می تواند ولتاژ یکنواختی را ارائه دهد اما در نوع VFD CSI ساختار به جای ولتاژ به جریان وابسته است. همچنین در مورد CSI به جای یکسو کننده پل دیودی از مبدل پل تریستوری (SCR) استفاده می شود. توان خروجی با استفاده از سلف های سری به جای خازن برای خروجی جریان صاف فیلتر می شود. نوع CSI VFD ها مانند یک مولد جریان ثابت عمل می کنند. به جای موج مربعی ولتاژ، VFD های نوع CSI قادر به ارائه یک موج مربعی جریان هستند.

PWM

این یک نسخه بهبود یافته و اصلاح شده از نوع VSI VFD است. PWM مخفف مدولاسیون عرض پالس است. با استفاده از تکنیک PWM، VFD ها قادر به ارائه ولتاژ پایدار با نسبت فرکانس هستند. این ساختار از یک پل دیودی برای تصحیح سیگنال AC به سیگنال DC استفاده می کند. مدار سوئیچینگ سیکل وظیفه را در محدوده فرکانس متغیر کنترل می کند. یک رگولاتور اضافی برای تنظیم خروجی PWM به منظور ارائه ولتاژ و جریان پایدار و مناسب به بار استفاده می شود.

محصولات محرک فرکانس متغیر هم اکنون در صنایعی مانند معدن، فولاد، تهویه مطبوع، نساجی، کاغذسازی، شیمیایی و غیره در کاربردهایی مانند پمپ و فن، جرثقیل، میکسر، اکسترود و غیره استفاده می شوند.

یکی از بهترین ویژگی های VFD کاهش هزینه ها و مصرف انرژی است. اگر دستگاه شما نیازی به کارکرد با سرعت کامل ندارد، در بهترین موقعیت برای کاهش قابل توجه هزینه های انرژی شما است.

در حال حاضر بیش از 65 درصد برق مصرفی شبکه مربوط به استفاده از موتورهای الکتریکی است. ما اطمینان می دهیم که با بهینه سازی سیستم کنترل موتور با استفاده از VFD، مصرف انرژی تاسیسات خود را حدود 70٪ کاهش می دهید. علاوه بر این، استفاده از VFD باعث افزایش کیفیت محصول و کاهش هزینه های تولید محصول می شود. ترکیبی از مشوق های مالیاتی مربوط به کاهش مصرف انرژی و تخفیف شرکت های برق می تواند باعث بازگشت سرمایه بسیار کوتاه 6 ماهه شود.

کنترل دقیق بر تولید محصولات و افزایش آن

با کارکردن موتور با بهترین سرعت برای کاربرد مورد نیاز خود، تعداد اشتباهات به حد مطلوب کاهش یافته و در نتیجه میزان تولید محصولات با افزایش قابل توجهی همراه خواهد بود. با این فرآیند درآمد شرکت شما افزایش می یابد. با نصب نوار نقاله و تسمه، ضربه راه اندازی از بین رفته و روند کار سریعتر می شود. به عنوان مثال در صنایع معدنی و کارخانجات بزرگ با نصب VFD بر روی نوار نقاله و همچنین نوار نقاله و تسمه، عملیات راه اندازی حذف شده و سرعت فرآیند کار افزایش می یابد.

افزایش چرخه عمر قطعات و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری

در صورت استفاده از VFD، عمر تجهیزات افزایش یافته و زمان از کار افتادن دستگاه برای تعمیر و نگهداری کاهش می یابد. هنگامی که موتورها با VFD کنترل می شوند، سرعت موتور بهینه تضمین می شود. از آنجایی که VFD ها ولتاژ و فرکانس را به طور بهینه کنترل می کنند، VFD ها حفاظت بهتری از موتور در مواردی مانند اضافه بار حرارتی الکتریکی، حفاظت فاز، اضافه ولتاژ یا ولتاژ کم و غیره ارائه می دهند. شوک لحظه ای شروع مستقیم با ولتاژ خط. و نرم و بسیار کند راه اندازی می شود و به همین دلیل ساییدگی گیربکس و تسمه از بین می رود. همچنین یک راه بسیار راحت برای کاهش ضربه قوچ (به نام آن) است. زیرا می تواند چرخه های شتاب و کاهش سرعت بسیار نرمی داشته باشد.